Kärnfusion erbjuder potentialen för en säker, ren och riklig energikälla.

Denna process, som också förekommer i solen, involverar plasma, vätskor som består av laddade partiklar, värms upp till extremt höga temperaturer så att atomerna smälter samman, frigör riklig energi.

En utmaning för att utföra denna reaktion på jorden är plasmans dynamiska natur, som måste kontrolleras för att nå de erforderliga temperaturerna som gör att fusion kan ske. Nu har forskare vid University of Washington utvecklat en metod som utnyttjar framstegen inom datorspelsindustrin:den använder ett spelgrafikkort, eller GPU, att köra styrsystemet för deras prototypfusionsreaktor.

Teamet publicerade dessa resultat den 11 maj Granskning av vetenskapliga instrument .

"Du behöver denna nivå av hastighet och precision med plasma eftersom de har en så komplex dynamik som utvecklas i mycket höga hastigheter. Om du inte kan hänga med dem, eller om du missförutsäger hur plasma kommer att reagera, de har en otäck vana att gå åt helt fel håll väldigt snabbt, " sa medförfattaren Chris Hansen, en senior forskare från UW inom flyg- och astronautikavdelningen.

"De flesta applikationer försöker arbeta i ett område där systemet är ganska statiskt. Som mest är allt du behöver göra är att "nuffa" sakerna på plats, " sa Hansen. "I vårt labb, vi arbetar med att utveckla metoder för att aktivt hålla plasman där vi vill ha den i mer dynamiska system."

UW-teamets experimentella reaktor självgenererar magnetfält helt i plasman, vilket gör den potentiellt mindre och billigare än andra reaktorer som använder externa magnetfält.

"Genom att lägga till magnetiska fält till plasma, du kan flytta och kontrollera dem utan att behöva "röra" plasman, " sa Hansen. "T.ex. norrskenet uppstår när plasma som färdas från solen rinner in i jordens magnetfält, som fångar den och får den att strömma ner mot polerna. När det slår in i atmosfären, de laddade partiklarna avger ljus."

UW-teamets prototypreaktor värmer plasma till cirka 1 miljon grader Celsius (1,8 miljoner grader Fahrenheit). Detta är långt under de 150 miljoner grader Celsius som krävs för fusion, men tillräckligt hett för att studera konceptet.

Här, plasman bildas i tre injektorer på enheten och sedan kombineras dessa och organiseras naturligt till ett munkformat föremål, som en rökring. Dessa plasma varar bara några tusendelar av en sekund, vilket är anledningen till att teamet behövde ha en höghastighetsmetod för att kontrollera vad som händer.

Tidigare, forskare har använt långsammare eller mindre användarvänlig teknik för att programmera sina styrsystem. Så teamet vände sig till en NVIDIA Tesla GPU, som är designad för maskininlärningsapplikationer.

"GPU:n ger oss tillgång till en enorm mängd datorkraft, " sa huvudförfattaren Kyle Morgan, en UW-forskare inom flyg- och astronautikavdelningen. "Den här prestandanivån drevs av datorspelsindustrin och, på senare tid, maskininlärning, men det här grafikkortet ger en riktigt bra plattform för att kontrollera plasma också."

Med hjälp av grafikkortet, teamet kunde finjustera hur plasma kom in i reaktorn, ge forskarna en mer exakt bild av vad som händer när plasman bildas — och så småningom tillåta teamet att skapa längre levande plasma som fungerar närmare de förhållanden som krävs för kontrollerad fusionskraft.

"Den största skillnaden är för framtiden, ", sa Hansen. "Det här nya systemet låter oss prova nyare, mer avancerade algoritmer som kan möjliggöra betydligt bättre kontroll, som kan öppna en värld av nya tillämpningar för plasma- och fusionsteknik."